KR20160122006A - 고강도 집속 초음파 생성 장치의 초음파 변환기 - Google Patents

Abstract

고강도 집속 초음파 생성 장치에 사용되는 초음파 변환기는, 초음파가 집속된 곳에서 볼 때 오목한 곡면을 구비하도록 형성되는 압전 소자, 그리고 상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 제1 및 제2 전극을 포함한다. 상기 압전 소자의 중심부에 상기 압전 소자와 상기 제1 및 제2 전극을 관통하는 관통홀이 생성된다. 상기 관통홀은 상기 압전 소자, 그리고 상기 제1 및 제2 전극에 각각 형성되는 홀에 삽입되는 튜브에 의해 형성된다.

Description

고강도 집속 초음파 생성 장치의 초음파 변환기{ultrasound transducer for high intensity focused ultrasound generating apparatus}

본 발명은 의료기기 등으로 사용되는 고강도 집속 초음파를 생성하기 위한 고강도 집속 초음파 생성 장치에 사용되는 초음파 변환기에 관한 것이다.

고강도의 집속 초음파(high intensity focused ultrasound)를 이용하여 환자의 환부를 치료하거나 피부 미용 등에 이용하는 집속 초음파 치료 기술이 알려져 있다. 이러한 집속 초음파 치료는 고강도의 집속 초음파를 생성하는 집속 초음파 변환기를 이용하는 고강도 집속 초음파 발생 장치에 의해 수행된다.

고강도 집속 초음파 생성 장치는 특정 영역 또는 지점에 초음파를 집속하게 되는데, 이때 집속된 초음파의 강도가 너무 높은 경우 인체 조직에 악영향을 줄 수 있는 문제가 있었다. 특히 고강도 집속 초음파 생성 장치의 중심 부분의 초음파 강도가 지나치게 높을 경우에는 인체 조직에 더 큰 악영향을 줄 수 있다.

또한 초음파 변환기가 초음파 전달 매질인 물 속에 잠긴 상태로 작동하기 때문에, 초음파 변환기의 표면에 기포가 생기게 되며 이 기포가 누적되어 초음파 전달 특성을 악화시키는 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고강도 집속 초음파 생성 장치에서 중심 부분의 초음파 강도가 지나치게 높아지는 문제를 해결할 수 있는 초음파 변환기를 제공하는 것이다.

한편, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 초음파 조사 면에 기포가 쌓여 초음파 전달 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 초음파 변환기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 고강도 집속 초음파 생성 장치에 사용되는 초음파 변환기는, 초음파가 집속된 곳에서 볼 때 오목한 곡면을 구비하도록 형성되는 압전 소자, 그리고 상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 제1 및 제2 전극을 포함한다. 상기 압전 소자의 중심부에 상기 압전 소자와 상기 제1 및 제2 전극을 관통하는 관통홀이 생성된다. 상기 관통홀은 상기 압전 소자, 그리고 상기 제1 및 제2 전극에 각각 형성되는 홀에 삽입되는 튜브에 의해 형성된다.

초음파 변환기는 상기 제1 및 제2 전극이 형성된 상기 압전 소자를 고정하는 하우징을 더 포함할 수 있다. 상기 압전 소자는 아래 방향으로 초음파를 조사하도록 배치될 수 있고, 상기 튜브는 상기 압전 소자, 그리고 상기 제1 및 제2 전극을 관통하여 상기 하우징의 상면까지 연장될 수 있다.

본 발명에 의하면, 압전 소자와 전극의 중심 부분에 관통홀을 형성하여 고강도 초음파가 발생하지 못하게 함으로써, 특정 영역에 지나치게 높은 초음파가 집속되는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명에 의하면, 초음파 생성 면에서부터 하우징의 상면까지 연장되는 관통홀을 형성하는 튜브가 구비됨으로써, 초음파 생성 면에서 발생한 기초가 하우징의 상부로 배출되도록 할 수 있으며 그에 의해 초음파 생성 면에 쌓이는 기포에 의해 초음파 전달 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기가 설치된 고강도 집속 초음파 생성 장치의 한 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기의 기포 배출 기능을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기는 고강도 집속 초음파를 생성하기 위한 고강도 집속 초음파 생성 장치에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 초음파 변환기(10)는 고강도 집속 초음파 생성 장치(100) 내에 설치될 수 있으며, 초음파 집속 점 또는 영역에 초음파가 집속되도록 작용할 수 있다. 이때, 도면에는 초음파가 하나의 점에 집속되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 초음파는 일정 영역에 집속될 수도 있다.

도 1을 참조하면, 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)는 하우징(101)을 포함하며, 하우징(101)은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)가 배치되는 설치 공간(S)을 형성한다. 설치 공간(S)은 초음파 전달 매질(예를 들어, 물)(W)로 채워지고, 초음파 변환기(10)에서 생성된 초음파는 초음파 전달 매질(W)를 통과하여 진행하게 된다. 한편, 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)는 설치 공간(S)의 전면을 덮는 커버(103)를 포함할 수 있으며, 커버(103)는 초음파 전달 특성이 양호한 합성수지 재질로 형성될 수 있다.

이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 초음파 변환기(10)와 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)는 아래 방향으로 초음파를 조사하도록 형성될 수 있다. 이를 위해 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)의 하우징(101)는 아래 쪽이 개방된 형태를 가질 수 있으며, 초음파 변환기(10)는 아래 방향을 향해 초음파를 조사할 수 있도록 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)의 하우징(101) 내에 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)는 위치 이동이 가능하게 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)에 설치될 수 있으며, 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)를 이동시키기 위한 구동 유닛(105)를 포함할 수 있다. 도면에는 명시되지 않았으나, 구동 유닛(105)은 구동력을 제공하기 위한 구동 모터, 그리고 구동 모터의 구동력을 초음파 변환기(10)로 전달하기 위한 연결 부재 등을 포함할 수 있다. 또한, 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)는 구동 모터의 작동 및 초음파 변환기(10)로의 전원 공급을 제어하기 위한 컨트롤러를 포함할 수 있다.

초음파 변환기(10)는 압전 소자(11), 그리고 압전 소자(11)의 양 면에 각각 형성되는 제1 및 제2 전극(12, 13)를 포함한다. 한편, 초음파 변환기(10)는 제1 및 제2 전극(12, 13)이 그 양면에 각각 형성된 압전 소자(11)를 고정하는 하우징(15)을 더 포함할 수 있다. 즉, 그 양면에 제1 및 제2 전극(12, 13)이 각각 형성된 압전 소자(11)가 하우징(15)에 고정된 상태로 고강도 집속 초음파 생성 장치(100)의 설치 공간(S)에 배치될 수 있다.

초음파 변환기(10)의 하우징(15)은 연결 부재(30)를 통해서 구동 유닛(105)에 연결될 수 있다.

압전 소자(11)는 세라믹, 복합 압전 물질 등 전기 신호를 기계적 진동으로 변환할 수 있는 다양한 물질로 형성될 수 있으며, 제1 전극(12) 및 제2 전극(13)은 전기 전도성이 양호한 금속 재질로 형성될 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1 및 제2 전극(12, 13)은 압전 소자(11)의 양 면, 즉 하면과 상면에 각각 형성될 수 있다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 제1 및 제2 전극(12, 13)은 케이블에 의해 펄스 파워 생성기(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 펄스 파워 생성기에 의해 생성된 펄스 전원이 케이블을 통해 제1 및 제2 전극(12, 13)에 인가됨으로써, 압전 소자(11)가 초음파 진동을 하게 되고 그에 의해 초음파가 생성된다.

압전 소자(11)는 아래 방향으로 일정 거리 이격된 지점 또는 영역에 초음파를 집속할 수 있도록 포물선 곡면 또는 구면으로 이루어질 수 있다. 또한 압전 소자(11)는 선(line) 형태의 집속 초음파를 생성할 수 있도록 포물선 기둥 형태의 표면을 갖도록 형성될 수 있다. 또한 관통홀(H)은 집속 영역의 초음파 강도에 따라 크기를 달리할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 압전 소자(11), 그리고 제1 및 제2 전극(12, 13)를 관통하는 관통홀(H)이 구비될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 관통홀(H)은 압전 소자(11)의 중심부에 일정 영역을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통홀(H)은 아래에서 볼 때 원 형태를 갖도록 형성될 수 있다. 압전 소자(11), 그리고 제1 및 제2 전극(12, 13)를 관통하는 관통홀(H)이 구비됨으로써, 압전 소자(11)의 관통홀(H)에서는 초음파가 발생하지 않게 되어 집속 영역의 중심 부분에서 초음파 강도가 지나치게 커지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 관통홀(H)는 압전 소자(11), 그리고 제1 및 제2 전극(12, 13)에 형성되는 홀(11a, 12a, 13a)에 삽입되는 튜브(20)에 의해 형성될 수 있다. 즉, 압전 소자(11), 그리고 제1 및 제2 전극(12, 13)에 홀(11a, 12a, 13a)이 각각 형성되고, 관통홀(H)을 갖는 튜브(20)가 이 홀들(11a, 12a, 13a)에 삽입될 수 있다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브(20)는 압전 소자(11), 그리고 제1 및 제2 전극(12, 13)을 관통하여 하우징(15)의 상면까지 연장될 수 있다. 이를 위해 하우징(15)에도 홀(15a)이 형성되고, 튜브(20)의 상단부가 하우징(15)의 홀(15a)에 삽입될 수 있다.

한편, 물(W)에 의해 압전 소자(11)의 양 면에 형성된 제1 및 제2 전극(12, 13)이 전기적으로 단락되면 초음파 진동이 일어날 수 없기 때문에, 튜브(20)의 외면과 제1 전극(12) 및 압전 소자(11)의 홀(11a, 12a)의 내면 사이는 밀봉되어야 한다. 예를 들어, 접착제를 이용하여 튜브(20)의 외면과 제1 전극(12) 및 압전 소자(11)의 홀(11a, 12a)의 내면 사이를 접착함으로써, 물(W)이 제2 전극(13) 쪽으로 유입되지 못하도록 하여 제1 및 제2 전극(12, 13) 사이의 전기적 절연을 유지할 수 있다.

이러한 튜브(20)는 제1 및 제2 전극(12, 13)의 절연 역할은 물론, 초음파가 조사되는 면에서 생성되는 기포를 위로 배출하는 역할을 한다. 즉, 초음파 변환기(10)가 초음파 전달 매질인 물에 잠긴 상태에서 작동하는 과정에서 초음파가 조사되는 면에서 기포가 생성되며, 압전 소자(11)가 아래 방향으로 초음파를 조사하도록 배치되며 이때 압전 소자(11) 및 그 하면에 형성되는 제1 전극(12)은 아래에서 볼 때 오목한 형태를 가지게 되기 때문에, 생성된 기포가 초음파가 조사되는 면에 계속 쌓이게 된다. 초음파가 조사되는 면에 기포가 쌓이게 되면, 기포에 의해 초음파 전달 특성이 저하되게 되는 문제를 해결하기 위해, 초음파가 조사되는 면의 중심 부분에 튜브(20)를 설치하여 생성된 기포가 튜브(20)를 통해 상부로 배출되도록 하는 것이다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파 조사 면에서 생성된 기포(B)는 부력에 의해 상부로 이동하여 초음파 조사 면의 중심 부분으로 이동하게 되고, 이동된 기포는 도 2의 화살표 방향으로 이동하여 튜브(20)의 관통홀(H)을 통해 하우징(15)의 상부로 배출되게 된다. 이에 의해 초음파 조사 면에서 생성된 기포가 제거되어 초음파 전달 특성의 저하를 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 고강도 집속 초음파 생성 장치
10: 초음파 변환기
11: 압전 소자
12, 13: 전극
15: 하우징
20: 튜브
H: 관통홀

Claims (2)

1. 고강도 집속 초음파 생성 장치에 사용되는 초음파 변환기로서,
   초음파가 집속된 곳에서 볼 때 오목한 곡면을 구비하도록 형성되는 압전 소자, 그리고
   상기 압전 소자의 양 면에 각각 형성되는 제1 및 제2 전극을 포함하며,
   상기 압전 소자의 중심부에 상기 압전 소자와 상기 제1 및 제2 전극을 관통하는 관통홀이 생성되고,
   상기 관통홀은 상기 압전 소자, 그리고 상기 제1 및 제2 전극에 각각 형성되는 홀에 삽입되는 튜브에 의해 형성되는 초음파 변환기.
   
2. 제1항에서,
   상기 제1 및 제2 전극이 형성된 상기 압전 소자를 고정하는 하우징을 더 포함하고,
   상기 압전 소자는 아래 방향으로 초음파를 조사하도록 배치되며,
   상기 튜브는 상기 압전 소자, 그리고 상기 제1 및 제2 전극을 관통하여 상기 하우징의 상면까지 연장되는 초음파 변환기.

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